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Die Erfindung betrifft einen Gas- und Hydromotor oder eine Pumpe, bestehend aus einem Gehäuse, einem in einem Flüssigkeitsraum angeordneten, mit mindestens drei in axialer Richtung verlaufenden Kolbenflügeln versehenen Arbeitszylinder und mindestens zwei ausserhalb des Umfanges des Arbeitszylinders angeordneten, den Arbeitszylinder jeweils entlang einer Mantellinie berührenden Verschlusszylindern, die jeder mit mindestens zwei Nuten zur Aufnahme der Flügel während einer Drehbewegung der Zylinder versehen sind,
wobei ein vom Flüssigkeitsraum gesondert angeordnetes Getriebe zur Koppelung der Drehbewegungen des Arbeits- und der Verschlusszylinder und mindestens je zwei sich etwa über die gesamte Länge der Zylinder erstreckende und benachbart zu den Verschlusszylindern am Umfang des FlüssigkeKsraumes kreuzweise gegenüberliegend angeordnete Einlass- und Auslassöffnungen vorgesehen sind.
Zur Flüssigkeitsförderung verwendet man seit langem in den verschiedenen Industrieanlagen, bei Arbeitsmaschinen und auf andern Gebieten Pumpen. Der am meisten verbreitete Pumpentyp ist die Zahnradpumpe, die besonders in Niederdruckkreisläufen verwendet wird. Diese Pumpen weisen ein mit Einlassund Auslassöffnungen versehenes Gehäuse auf, in dem zwei oder mehrere miteinander in Eingriff stehende Zahnräder auf Wellen angeordnet sind. Der Arbeitsraum der Pumpe ist durch die Gehäusewandung und die Zahnräder begrenzt. Der Rauminhalt des Saug- und des Druckraumes verändert sich dadurch, dass eines der Zahnräder und durch dieses das eingreifende Zahnrad (Zahnräder) angetrieben wird, wodurch die Zähne des Zahnradpaares auseinander bzw. zusammenlaufen.
Beim Ineinandergreifen der Zahnräder steigt der Druck der Flüssigkeit in den Zahnlücken plötzlich, wodurch die Zahnräder und ihre Lager in radialer Richtung schlagartig beansprucht werden. Die Druckdifferenz zwischen dem Saug- und dem Druckraum bewirkt eine einseitige Belastung der Pumpe. Ferner haben diese Motoren und Pumpen den Nachteil, dass ihre Flüssigkeitsförderung und ihre Drehzahl pulsierend ist.
Es sind schon Flüssigkeitspumpen bekannt, bei denen die Entlastung der Zahnräder durch Verwendung von sogenannten entlastenden Kanälen erreicht wird und auch schädigende Festklemmungen vermieden werden können. Auch das Pulsieren der Flüssigkeitsförderung kann durch Verwendung eines schräg verzahnten Zahnrades und damit Erhöhung des Eingriffsverhältnisses d. h. der Eingriffsdauer vermindert werden. Diese Lösungen befriedigen jedoch nicht die in der Praxis verlangten Forderungen, da sie, infolge ihres niedrigen Wirkungsgrades, nur an wenigen Stellen ökonomisch verwendet werden können.
Infolge der Entwicklung der technologischen Möglichkeiten kann man einen vollständigeren Ausgleich der radialen Belastung durch eine aus drei Zahnrädern bestehende Duplexpumpe erreichen. (Dr. Ing. W. Stiess : Pumpen Atlas A. G. T.-Verlag Georg Thum, 714 Ludwigsburg/Württ. 1966). In dieser Pumpe wird auch die Belastung auf Grund des Drehmomentes des mittleren Antriebsrades ausgeglichen.
Zwecks Verminderung des Spaltverlustes an den die Arbeitsräume abschliessenden Seitenplatten, der den volumetrischen Wirkungsgrad der Zahnradpumpen zum Teil beeinflusst, hat man die seitenspaltlosen bzw. die einen regelbaren Seitenspalt aufweisenden Pumpen entwickelt (Karkesz-Lugosi-Dr. Ulbrich : Hydraulischer Antrieb der Werkzeugmaschinen-Technischer Verlag, Budapest 1966). Infolge des in Abhängigkeit des Druckes regelbaren Seitenspaltes kommt der Gesamtwirkungsgrad dieser Pumpen dem Gesamtwirkungsgrad der Schaufelpumpen nahe. Diese Mechanismen bestehen jedoch aus Bestandteilen mit grosser Massgenauigkeit, deren Herstellung im allgemeinen spezielle Maschinen beansprucht, wodurch sie teuer sind.
Weiters ist eine Pumpe der eingangs beschriebenen Art bekanntgeworden (USA-Patentschrift Nr. 2, 180, 378 ;,
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Führungen des strömenden Mediums zu diesen Öffnungen auf Grund von Querschnittsänderungen und oftmaligen Umlenkungen bedeutende Verluste verursacht werden, die eine Verminderung des Wirkungsgrades zur Folge haben. Beispielsweise wird an den beiden, benachbart zum obenliegenden Verschlusszylinder angeordneten Öffnungen das Strömungsmittel um 1800 umgelenkt ; bei den beiden untenliegenden Öffnungen ist das Strömungsmittel gezwungen, über die Hälfte der Länge der Zylinder in axialer Richtung zu strömen, wodurch eine weitere Umlenkung notwendig und ausserdem eine abrupte Querschnittsänderung vorhanden ist.
Eine ähnliche Flüssigkeitspumpe bzw. ein ähnlicher-motor (deutsche Offenlegungsschrift Nr. 1553130) weist lediglich einen Einlass- und einen Auslasskanal auf. Diesen beiden Kanälen sind zwei zueinander benachbart angeordnete Verschlusszylinder zugeordnet, wobei zwischen den beiden Verschlusszylindern ein weiterer zylinderförmiger Zwischenverschluss vorgesehen werden muss. Um einen Flüssigkeitsdruckstoss zwischen den beiden Verschlusszylindern zu vermeiden, müssen entweder zusätzliche Kanäle und im Zwischenverschluss ein Rückstauventil vorgesehen oder die Ausnehmungen in den Verschlusszylindern mit Spielraum zu den Flügeln des Arbeitszylinders ausgebildet werden. In beiden Fällen sind bedeutende Verluste und Wirkungsgradverminderungen in Kauf zu nehmen.
Ausserdem ist infolge des Zwischenverschlusses der konstruktive und fertigungstechnische Aufwand für diese bekannte Vorrichtung beträchtlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gas- und Hydromotor oder eine Pumpe zu schaffen, welcher bzw. welche die aufgezählten Mängel beseitigt, einfach gefertigt werden kann, kleine Abmessung"T. ufv/eist und eir n hohen Wirkungsgrad gewährleistet.
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einmündende und annähernd tangential zu den Verschlusszylindern gegen die Berührungsmantellinien der Zylinder gerichtete Kanäle ausgebildet sind.
Es wird dadurch eine gleichförmige, mit geringen Verlusten behaftete Strömung in und aus dem Flüssigkeitsraum ermöglicht.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Querschnitt und Fig. 2 einen Längsschnitt des erfindungsgemässen Gas- und Hydromotors oder der Pumpe.
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3, 4- ausgebildet.- sind zweckmässig in Nuten befestigte, parallel zur Längsachse des Arbeitszylinders verlaufende Kolbenflügel--12, 13,14, 15--in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Die Stirnbreite --y-- der
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9--und--6, 7--sind in Längsrichtung mindestens zwei, zum Aufnehmen der Flügel --12, 13,14, 15--während der Zylinderdrehbewegung geeignete und das Drehen der Zylinder ermöglichende Nuten--16, 17 bzw. 18, 19-ausgebildet.
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--21-- desDeckel --20-- eingesetzten Lager --23-- abgestützt.
Die Wellen-24, 25- der Verschlusszylinder --6, 7--sind in Lagern-26, 27-im Gehäuse-l-und in Lagern-28, 29-im Deckel-20- abgestützt. Zum gemeinsamen Drehen des Arbeitszylinders --5-- und der Verschlusszylinder-6, 7--dient ein Getriebe, welches ein auf der Welle --21-- drehfest befestigtes Steuerzahnrad --30-- und auf den
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Der Gas- und Hydromotor oder die Pumpe funktioniert wie folgt. Beim Drehen des Arbeitszylinders --5-- in Pfeilrichtung --A-- gelangt beispielsweise der Kolbenflügel-12--durch die Nut --16-- in den Saugraum-34--, während sich der Verschlusszylinder --6-- in Pfeilrichtung --B-- dreht.
Da die Breite --x-- der Einlassöffnung --8-- kleiner ist als die Breite-y-der Stirnfläche des Flügels-12--, beginnt das Füllen der Nut --16-- mit Flüssigkeit, wenn der Flügel --12-- mit seiner Stirnfläche die Einlassöffnung abzusperren anfängt. Beim Drehen des Verschlusszylinders--6--bewegt sich auch die Nut --16-- mit dem Zylinder ; das Auseinandergehen von Flügel und Nut hat keine Volumsänderung zur Folge,
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Saugwirkung. Das Ansaugen dauert solange, bis der nachfolgende Flügel infolge der Drehbewegung durch die entsprechend umlaufende Nut --17-- des Verschlusszylinders --6-- läuft, bzw. sich in dieser abrollt und die Einlassöffnung --8-- absperrt. Die Flüssigkeit wird im Druckraum --35-- zwischen den Flügeln ohne wesentliche Richtungsänderung mit gleicher Geschwindigkeit zu der Druck-bzw.
Auslassöffnung--10-- gedrückt. Demzufolge ist eine Volumsverringerung gesichert. Gleichzeitig bewegt, infolge der Drehung des
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--14-- dieSaugraum--36--, wobei der Flügel --14-- infolge der Drehung des Verschlusszylinders --7-- in Pfeilrichtung-C-von der Nut --18-- des Verschlusszylinders --7-- in den Saugraum-36-läuft.
Dadurch verwirklicht sich auch an dieser Stelle eine kontinuierliche Volumsvergrösserung und eine zwangsweise gleichmässige Flüssigkeitsförderung.
Jeder aus einem Druckraum austretende Flügel verändert nicht die Kontinuität der gleichmässigen Volumsänderung, da der jeweilige Flügel aus den entsprechenden Nuten-16, 17,18, 19-der
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sich die Flüssigkeit zwischen zwei Flügel neutral, d. h. sie strömt mit gleichbleibender Geschwindigkeit zu den Verschlusszylindern--6 bzw. 7--.
Während des beschriebenen Prozesses hat der Arbeitszylinder --5-- eine Drehung von 1800 ausgeführt.
Bei einer ganzen Drehung von 3600 wiederholt sich dieser Prozess, d. h. die Flügel --12, 14-- laufen von den
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Die Saug- und Druckräume liegen nebeneinander, bzw. diagonal einander gegenüber und die in diesen Räumen auftretenden Kräfte halten einander das Gleichgewicht. Durch die symmetrische Ausbildung der Vorrichtung ist der Arbeitszylinder --5-- hinsichtlich der hydraulischen Kraft vollkommen im Gleichgewicht.
Die Verschlusszylinder--6, 7--sind vom Gesichtspunkt der exzentrischen Schliesskraft ausgeglichener, als dies bei den gegenwärtig bekannten, ähnlichen Lösungen der Fall ist.
Das zweckmässig gewählte Übersetzungsverhältnis des Getriebes ermöglicht die aufeinander abgestimmten Bewegungen des Arbeitszylinders --5-- und der Verschlusszylinder --6, 7--, so dass die Kolbenflügel-12, 13,14, 15-- des Arbeitszylinders --5-- die Flüssigkeit schwingungsfrei befördern.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Gas- und Hydromotors oder der Pumpe sind folgende :
Da zwischen den zwei Räumen unterschiedlichen Druckes ein, höchstens zwei Flügel sind, hat sich der die Flüssigkeit aufnehmende Raum bedeutend vergrössert. Dadurch nimmt die spezifische Grösse der Vorrichtung bedeutend ab. Bei gleicher Leistung ist ihr Gewicht um etwa 25% kleiner als das einer bekannten Zahnradpumpe.
Infolge der Anordnung der Zylinder kann die Länge der Vorrichtung bedeutend vergrössert werden. Ihre Erzeugung ist einfacher und billiger, wobei die Herstellung mit einfachen Werkzeugmaschinen (Dreh-, Hobelmaschine usw.) erfolgen kann.
Der Gas- und Hydromotor oder die Pumpe ist zur Förderung von z. B. reinem Kaltwasser, Öl, Petroleum, gas- oder dampfhaltigen Flüssigkeiten und-bei Fertigung aus entsprechend gewähltem Material-zur Förderung von säurehaltigen alkalischen und andern aggressiven Flüssigkeiten bzw. zum Ansaugen eines Betriebsstoffes und zur Förderung flüchtiger Flüssigkeiten, ferner zum Komprimieren von Gasen geeignet.
Die erfindungsgemässe Pumpe ist für Hauswasserversorgungsanlagen besonders an solchen Stellen geeignet, wo die Selbstansaugefähigkeit eine grundlegende Forderung ist.
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The invention relates to a gas and hydraulic motor or a pump, consisting of a housing, a working cylinder arranged in a liquid space, provided with at least three axially extending piston wings and at least two arranged outside the circumference of the working cylinder, each touching the working cylinder along a surface line Locking cylinders, each of which is provided with at least two grooves for receiving the wings during a rotary movement of the cylinders,
A gear unit arranged separately from the liquid space is provided for coupling the rotary movements of the working cylinder and the closure cylinder and at least two inlet and outlet openings each extending approximately over the entire length of the cylinder and adjacent to the closure cylinders on the circumference of the liquid space and arranged crosswise opposite one another.
Pumps have long been used to convey liquids in various industrial plants, in working machines and in other areas. The most common type of pump is the gear pump, which is particularly used in low pressure circuits. These pumps have a housing which is provided with inlet and outlet openings and in which two or more meshing gears are arranged on shafts. The working space of the pump is limited by the housing wall and the gears. The volume of the suction and pressure chamber changes because one of the gears and through this the engaging gear (gears) is driven, whereby the teeth of the gear pair diverge or converge.
When the gears mesh with one another, the pressure of the liquid in the tooth gaps rises suddenly, whereby the gears and their bearings are suddenly loaded in the radial direction. The pressure difference between the suction and pressure chambers causes one-sided loading of the pump. Furthermore, these motors and pumps have the disadvantage that their liquid delivery and their speed are pulsating.
There are already known liquid pumps in which the relief of the gears is achieved by using so-called relief channels and also damaging jamming can be avoided. The pulsation of the liquid delivery can also be avoided by using a helical gear wheel and thus increasing the meshing ratio d. H. the duration of the intervention can be reduced. However, these solutions do not meet the requirements required in practice, since they can only be used economically in a few places due to their low efficiency.
As a result of the development of technological possibilities, a more complete compensation of the radial load can be achieved with a duplex pump consisting of three gears. (Dr. Ing.W. Stiess: Pumps Atlas A. G. T.-Verlag Georg Thum, 714 Ludwigsburg / Württ. 1966). In this pump, the load due to the torque of the central drive wheel is also balanced.
In order to reduce the gap loss on the side plates closing off the work spaces, which partly influences the volumetric efficiency of the gear pumps, pumps without side gaps or those with an adjustable side gap have been developed (Karkesz-Lugosi-Dr. Ulbrich: Hydraulischer Antrieb der Werkzeugmaschinen-Technischer Verlag , Budapest 1966). As a result of the side gap, which can be regulated as a function of the pressure, the overall efficiency of these pumps comes close to the overall efficiency of the vane pumps. However, these mechanisms consist of components with great dimensional accuracy, the production of which generally requires special machines, making them expensive.
Furthermore, a pump of the type described at the beginning has become known (USA Patent No. 2, 180, 378;
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Guiding the flowing medium to these openings due to cross-sectional changes and frequent deflections cause significant losses, which have a reduction in efficiency. For example, the fluid is deflected by 1800 at the two openings arranged adjacent to the overhead locking cylinder; in the case of the two openings below, the fluid is forced to flow over half the length of the cylinder in the axial direction, which means that a further deflection is necessary and, in addition, there is an abrupt change in cross-section.
A similar liquid pump or a similar motor (German Offenlegungsschrift No. 1553130) has only one inlet and one outlet channel. Two locking cylinders arranged adjacent to one another are assigned to these two channels, a further cylindrical intermediate lock having to be provided between the two locking cylinders. In order to avoid a pressure surge between the two locking cylinders, either additional channels and a backflow valve in the intermediate lock must be provided or the recesses in the locking cylinders must be designed with clearance to the wings of the working cylinder. In both cases, significant losses and reductions in efficiency must be accepted.
In addition, as a result of the intermediate closure, the design and manufacturing effort for this known device is considerable.
The object of the invention is to create a gas and hydraulic motor or a pump which eliminates the deficiencies listed, can be easily manufactured, has small dimensions and ensures high efficiency.
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channels that open out and are approximately tangential to the locking cylinders are formed against the contact surface lines of the cylinders.
This enables a uniform, low-loss flow into and out of the liquid space.
The invention is explained below using an exemplary embodiment. The drawings show: FIG. 1 a cross section and FIG. 2 a longitudinal section of the gas and hydraulic motor or the pump according to the invention.
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3, 4- formed. Piston wings - 12, 13, 14, 15 - which are expediently fastened in grooves and run parallel to the longitudinal axis of the working cylinder - are arranged at the same distance from one another. The forehead width --y-- the
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9 - and - 6, 7 - are at least two grooves in the longitudinal direction - 12, 13, 14, 15 - which are suitable for receiving the blades - 16, 17 and 15 - which enable the cylinders to rotate during the rotation of the cylinder. 18, 19-trained.
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--21-- of the cover --20-- inserted bearing --23-- supported.
The shafts - 24, 25 - of the locking cylinders - 6, 7 - are supported in bearings - 26, 27 - in the housing - 1 - and in bearings - 28, 29 - in the cover - 20 -. To rotate the working cylinder --5-- and the locking cylinder -6, 7 - together, a gear is used, which a control gear --30-- fixed in a non-rotating manner on the shaft --21-- and on the
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The gas and hydraulic motor or pump works as follows. When the working cylinder --5-- is turned in the direction of the arrow --A--, for example, the piston wing-12 - passes through the groove --16-- into the suction chamber -34--, while the locking cylinder --6-- moves into Direction of arrow --B-- rotates.
Since the width --x-- of the inlet opening --8-- is smaller than the width-y- of the end face of the wing-12--, the filling of the groove --16-- with liquid begins when the wing - 12-- begins to block the inlet opening with its end face. When turning the locking cylinder - 6 - the groove --16 - also moves with the cylinder; the divergence of the sash and groove does not result in a change in volume,
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Suction. The suction lasts until the following wing runs through the corresponding circumferential groove --17-- of the locking cylinder --6-- as a result of the rotary movement, or unrolls in it and closes the inlet opening --8--. The liquid is in the pressure space --35-- between the blades without any significant change in direction at the same speed as the pressure or.
Outlet opening - 10 - pressed. As a result, a reduction in volume is ensured. Moved at the same time as a result of the rotation of the
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--14-- the suction chamber - 36--, whereby the wing --14-- as a result of the rotation of the locking cylinder --7-- in the direction of the arrow-C- from the groove --18-- of the locking cylinder --7-- runs into the suction chamber-36-.
As a result, a continuous increase in volume and a compulsorily uniform pumping of liquid are also achieved at this point.
Each wing emerging from a pressure space does not change the continuity of the uniform change in volume, since the respective wing from the corresponding grooves-16, 17, 18, 19-der
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the liquid between two wings is neutral, d. H. it flows at a constant speed to the locking cylinders - 6 or 7 -.
During the process described, the working cylinder --5-- made a rotation of 1800.
For a full rotation of 3600 this process repeats itself, i. H. the wings --12, 14 - run from the
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The suction and pressure spaces lie next to each other or diagonally opposite each other and the forces occurring in these spaces keep each other in balance. Due to the symmetrical design of the device, the working cylinder --5-- is completely in balance with regard to the hydraulic force.
The locking cylinders - 6, 7 - are more balanced from the point of view of the eccentric locking force than is the case with the currently known, similar solutions.
The appropriately selected transmission ratio of the gear enables the coordinated movements of the working cylinder --5-- and the locking cylinder --6, 7-- so that the piston wings-12, 13, 14, 15-- of the working cylinder --5-- convey the liquid vibration-free.
The advantages of the gas and hydraulic motor or the pump according to the invention are as follows:
Since there are one, at most two blades between the two spaces with different pressures, the space that holds the liquid has increased significantly. This significantly reduces the specific size of the device. With the same performance, their weight is around 25% less than that of a known gear pump.
As a result of the arrangement of the cylinders, the length of the device can be increased significantly. They are easier and cheaper to produce, and they can be produced using simple machine tools (lathe, planer, etc.).
The gas and hydraulic motor or the pump is used to deliver z. B. pure cold water, oil, kerosene, liquids containing gas or steam and - when manufactured from appropriately selected material - for conveying acidic alkaline and other aggressive liquids or for sucking in an operating fluid and for conveying volatile liquids, also suitable for compressing gases .
The pump according to the invention is particularly suitable for domestic water supply systems in those places where self-priming is a fundamental requirement.